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天然气发动机技术

天然气发动机技术 一、商用车天然气发动机的技术发展及主要特点 (1) 发动机可靠性趋于成熟 一直以来天然气发动机可靠性达不到柴油机水平,尤其是气门座圈过度磨 损、火花塞 2 、3 万公里损坏、增压器放气阀损坏,发动机出现耸车、回火、放 炮等问题。各公司不断进行发动机可靠性攻关,通过结构改进、燃烧优化,降低 发动机热负荷。零部件供应商逐渐重视天然气发动机,配合主机厂对火花塞、点 火线圈进行专业化设计,从点火能量、点火电压、结构等方面不断改进,火花塞 寿命大幅度延长,有些发动机的火花塞质保期达到 10 万公里。从增压器结构和 控制策略方面进行改进,减小阀片旋转角度,采用耐高温阀杆材料,通过控制策 略改善,降低放气阀落座速度,减小对阀座的冲击,解决增压器放气阀损坏问题。 经过对气门座圈材料和结构的改进,气门座圈耐磨程度接近柴油机水平。虽然天 然气发动机还达不到柴油机同样的可靠性, (2) 国5 后处理器面临挑战 自2013 年 1 月 1 日国家不允许销售排放达不到国5 的天然气发动机后,各 发动机和汽车企业陆续开始销售具有国 5 公告的天然气发动机产品,绝大多数发 动机采用稀薄燃烧加氧化催化器技术实现国 5 排放。但是,由于转化甲烷的后处 理器的水蒸气老化和硫中毒问题,催化器的耐久性能面临很大的挑战。催化器公 司在通过改进催化器涂层,增大贵金属含量,发动机控制策略上采取措施,使发 动机定期出现催化剂还原环境,提高催化器的耐久寿命。 (3 )国产电控系统仍需成熟 自2012 年起,随着天然气发动机国 5 排放升级,采用喷嘴集中供气方式的 国产电控系统在某些中重型天然气发动机上开始大范围推广应用,但是经过一段 时间的使用,电控系统的控制功能还有待完善。ECU 控制策略、喷嘴等关键部 件不够可靠,使发动机出现故障。国产电控系统达到国外电控系统的水平还需加 以时日。但是,为了掌握控制技术,形成差异化竞争优势,不少公司都在开发自 己的电控系统。 (4) 欧 6 排放技术开发如火如荼 与国5排放标准相比,欧6排放标准中NMHC排放限值降低71%,CH4 排放限 值降低55%,NO 排放限值降低77%,同时对PM排放也有限制。 X 个别机型采用稀薄燃烧技术来降低机内NO 排放,同时采用SCR和氧化催化 X 1 器实现欧6排放,该方案要求后处理器的转化效率较高,并且还存在对NH 泄露 3 的控制,系统较为复杂,后处理器的耐久性将是一个非常大的挑战。采用当量燃 烧加EGR,以及成本较低的三元催化器成为欧6天然气发动机的主流技术路线。 多数公司都在开发当量燃烧的欧6天然气发动机。采用当量比燃烧发动机排温较 高,会增大发动机热负荷,而采用外部冷却EGR的方式来降低燃烧温度。同时, 加入外部EGR还可以适当提高发动机的热效率,提高功率和降低油耗。基于较大 的EGR率具有以上的好处,所以使发动机具有较大的EGR耐受性是开发的关键。 同时,由于当量燃烧排温高,可以使三元催化器的效率达到所要求的水平,可以 同时降低NO 和CH 排放,使排放达到欧6排放水平。 X 4 (5 )柴油/天然气发动机受到重视 2012 年 12 月中机函[2012]240 号发布实施《车辆产品公告技术审查规范 性要求 汽车部分(2012 版)》,规定了柴油-天然气双燃料发动机产品试验规范性 要求,指出了国 3、国 4 双燃料发动机的认证试验方法和要求,使 OEM 可以依 据该要求进行发动机的开发和认证,产品可以上公告销售。 2014 年柴油天然气双燃料发动机产品开发被列入国家科技支撑计划第二批 支持项目,将促进其发展。 二、乘用车天然气发动机的技术发展及主要特点 国家已经实施乘用车三阶段油耗标准,从第三阶段开始,燃油消耗量的评价 方法与前两个阶段不同,即不再以单车为评价对象,取而代之的是以整个企业为 评价对象,故不再要求每个单车都满足相应的限值要求。因此该标准中针对单车 设定了“目标值”,而并非“限值”。正在讨论的第四阶段

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